Nghiên cứu vi khuẩn nội sinh lúa nhằm ứng dụng trong phòng trị bệnh thối rễ do dickeya zeae gây ra

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

NGUYỄN DUY TỚI

NGHIÊN CỨU VI KHUẨN NỘI SINH LÚA NHẰM ỨNG DỤNG TRONG
PHÒNG TRỊ BỆNH THỐI RỄ DO Dickeya zeae GÂY RA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội ‒ 2021


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

NGUYỄN DUY TỚI

NGHIÊN CỨU VI KHUẨN NỘI SINH LÚA NHẰM ỨNG DỤNG TRONG
PHÒNG TRỊ BỆNH THỐI RỄ DO Dickeya zeae GÂY RA

Chuyên ngành: Vi sinh vật học
Mã số: 8420101.07

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. ĐINH THÚY HẰNG
PGS. TS. PHẠM THẾ HẢI

Hà Nội – 2021


Nguyễn Duy Tới – Cao học K27

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng kính trọng và gửi lời cảm ơn chân thành tới TS.
Đinh Thúy Hằng, PGS. TS. Phạm Thế Hải, TS. Nguyễn Kim Nữ Thảo là những người
đã tận tình hướng dẫn tơi trong q trình thực hiện đề tài, giúp tơi hồn thành tốt luận
văn này.
Tôi cũng mong muốn được gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Ban lãnh đạo và
các cán bộ Viện Vi sinh vật và Công nghệ Sinh học, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã tạo
điều kiện thuận lợi về trang thiết bị và cơ sở vật chất cho tôi hồn thành các nội dung
nghiên cứu.
Tơi xin cảm ơn đề tài NĐT.34.ITA/17: “Nghiên cứu hệ vi sinh vật nội sinh phục
vụ sản xuất chế phẩm phòng chống bệnh bạc lá (Xanthomonas oryzae pv. oryzae) và
bệnh thối rễ (Dickeya zeae) trên cây lúa” đã tạo điều kiện cho tôi được tham gia thực
hiện các nội dung nghiên cứu.
Tôi xin được bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới các thầy cơ giáo, cán bộ khoa
sinh học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ và
trang bị những kiến thức hữu ích cho tơi trong thời gian học tập tại trường.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè, các anh chị
đông nghiệp đã luôn cổ vũ, động viên tơi vượt qua mọi khó khăn trong q trình học
tập và nghiên cứu.
Hà Nội, ngày……tháng……năm 2021
Học viên

Nguyễn Duy Tới

Chuyên ngành Vi sinh vật học

Nguyễn Duy Tới – Cao học K27

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
Mục tiêu của đề tài ........................................................................................................ 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU....................................................................... 3
1.1.

Vi khuẩn Dickeya zeae và bệnh thối thân rễ trên cây trồng ............................... 3

1.1.1.

Lúa và vai trò của cây lúa trong đời sống .................................................... 3

1.1.2. Đặc điểm phân loại của vi khuẩn Dickeya zeae .............................................. 3
1.1.2 Phân bố trong tự nhiên và phương thức gây bệnh ............................................ 5
1.1.3. Bệnh thối thân/gốc do Dz và các biện pháp phòng trị..................................... 7
1.2. Vi khuẩn nội sinh thực vật (EB) và lợi ích đối với cây chủ ................................ 10
1.2.1. Đa dạng EB và cây chủ ................................................................................. 10
1.2.2. Cơ chế xâm nhập và phân tán ....................................................................... 11
1.2.3. Vai trò của EB đối với cây chủ ..................................................................... 13
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ....................................................... 20
2.1. Nguyên vật liệu .................................................................................................... 20
2.1.1. Mẫu lúa và chủng vi khuẩn kiểm định .......................................................... 20
2.1.2. Hóa chất ......................................................................................................... 20
2.1.3. Thiết bị, dụng cụ ............................................................................................ 20
2.2. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 21
2.2.1 Phân lập vi khuẩn nội sinh ............................................................................. 21

2.2.2. Đánh giá hoạt tính kháng Dickeya zeae (Dz) ................................................ 22
2.2.3. Tách DNA genome từ các chủng vi khuẩn thuần khiết ................................ 22
2.2.4. Giải trình tự gen 16S rDNA và dựng cây phân loại ...................................... 23
2.2.5. Thí nghiệm in planta đánh giá khả năng đối kháng Dz của vi khuẩn nội sinh
................................................................................................................................. 24
2.2.6. Tách chiết và xác định hoạt chất sinh học kháng Dz .................................... 26
2.2.7. Nghiên cứu các đặc điểm hình thái và sinh lý của vi khuẩn nội sinh ........... 27

Chuyên ngành Vi sinh vật học


Nguyễn Duy Tới – Cao học K27

2.3. SƠ ĐỒ THÍ NGHIỆM ......................................................................................... 28
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 29
3.1. Phân lập vi khuẩn nội sinh từ cây lúa .................................................................. 29
3.2 Sàng lọc vi khuẩn nội sinh có hoạt tính kháng Dickeya zeae (Dz) ....................... 30
3.3. Xác định vị trí phân loại của các chủng có hoạt tính kháng Dz cao .................... 32
3.3.1. So sánh trình tự gen 16S rDNA..................................................................... 32
3.3.2. Nghiên cứu đặc điểm hình thái...................................................................... 34
3.4. Xác định hoạt chất kháng Dz của các chủng EB có tiềm năng cao ..................... 35
3.4.1. Tinh sạch hoạt chất kháng Dz bằng HPLC ................................................... 35
3.4.2. Nghiên cứu xác định cấu trúc hoạt chất kháng Dz từ chủng VY81 .............. 36
3.5. Đánh giá hiệu quả chủng VY03 đối kháng Dz trên cây lúa ................................ 39
3.5.1. Xác định điều kiện ảnh hưởng đến sinh trưởng của chủng VY03 ................ 39
3.5.2. Thí nghiệm in planta đánh giá hiệu quả ức chế Dz của chủng VY03 .......... 40
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 43
KIẾN NGHỊ .................................................................................................................. 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 44
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 57

TÓM TẮT ..................................................................................................................... 74

Chuyên ngành Vi sinh vật học


Nguyễn Duy Tới – Cao học K27

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Hình thái tế bào vi khuẩn D. zeae dưới kính hiển vi điện tử qt [76] ...................... 5
Hình 1.2. Bệnh thối gốc do Dz trên cây lúa (A), ngô (B) và chuối (C) [25, 80, 103] ................ 8
Hình 1.3. Các con đường xâm nhập của EB vào cây táo [42] ................................................. 12
Hình 1.4. Điều hịa phytohormone ở thực vật nhờ EB [128] ................................................... 16

Hình 3.1. Phân lập vi khuẩn nội sinh lúa. (A) đĩa cấy gạt từ mẫu rễ sau khi khử trùng bề mặt;
(B) Đĩa kiểm chứng đặt trực tiếp mẫu thân, rễ, lá sau khi khử trùng bề mặt; (C) Đĩa cấy gạt
nước rửa mẫu rễ lần cuối sau khi khử trùng bề mặt. ................................................................ 29
Hình 3.2. Tế bào của chủng DZ2Q qua kính hiển vi phản pha (A) và lúa Bắc Thơm bị lây
bệnh nhân tạo từ chủng DZ2Q tại viện Bảo vệ Thực vật (B) ................................................... 30
Hình 3.3. Hoạt tính kháng Dz của các chủng VY03, VY81, VY149, VY166, VY235, VY244
đánh giá bằng phương pháp khuyếch tán trên đĩa thạch. .......................................................... 32
Hình 3.4. Cây phát sinh chủng loại neibourgh joining dựa trên trình tự 16S rDNA gần đủ của
các chủng nội sinh VY03 (A); VY81 (B); VY65, VY149, VY166, VY235, VY244 (C) so sánh
với các lồi có quan hệ gần gũi. Trong từng cây, chủng L. acidophilus, B. gladioli, B. cepacia
tương ứng được chọn làm out group. ........................................................................................ 33
Hình 3.5. Hình thái tế bào và khuẩn lạc của chủng VY03 (A, B), VY81 (C, D)..................... 34
Hình 3.6. Phổ hấp phụ tại bước sóng 240 nm của hoạt chất thô tách từ các chủng VY03 (A);
VY81 (B) .................................................................................................................................. 35
Hình 3.7. Tách chiết hoạt chất từ canh trường của chủng VY81. (A) Hiệu suất tách chiết của
các dung mơi khác nhau. (B) Hoạt tính kháng Dz ở các thời điểm ni cấy khác nhau .......... 36
Hình 3.8. Phổ hấp thụ UV - vis của hoạt chất kháng Dz tinh sạch từ chủng VY81 (A) so sánh

với phổ hấp thụ của chất 2-(2-heptenyl)-3-methyl-4-quinolinol (B) [58] ................................ 37
Hình 3.9. Cấu trúc hóa học của (A) 2-(2-heptenyl)-3-methyl-4-quinolinol [58] và (B) 2-(2heptenyl)-3-methyl-4(1H)-quinolone [123] .............................................................................. 38
Hình 3.10. Ảnh hưởng của các điều kiện nuôi cấy tới sinh trưởng của chủng VY03 ............. 40
Hình 3.11. Thí nghiệm in planta đánh giá hiệu quả ức chế Dz gây bệnh thối gốc/thân lúa của
chủng VY03. (A) Công thức 1; (B) Công thức 2; (C) Công thức 3; (D) Cơng thức 4. ............ 41
Hình 3. 12. Vết thương tổn khi nhiễm Dz (A); khi được điều trị bằng chủng VY03 (B) và độ
dài vết thương tại những cây bị bệnh (C) ................................................................................. 42

Chuyên ngành Vi sinh vật học


Nguyễn Duy Tới – Cao học K27

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Các loài Dickeya và các cây chủ của chúng .............................................................. 4
Bảng 1.2. Một số kháng sinh sản xuất bởi EB ức chế mầm bệnh thực vật .............................. 17

Bảng 2.1. Phản ứng PCR khuếch đại gen 16S rDNA .............................................................. 24
Bảng 2.2. Thành phần dung dịch Hoagland (dung dịch mẹ 2)[142] ...................................... 25
Bảng 2.3. Thành phần dung dịch vi lượng (1 lít) ..................................................................... 25
Bảng 2.4. Thành phần mơi trường Landy [159] ....................................................................... 27

Bảng 3.1. Số lượng vi khuẩn nội sinh phân lập từ các mẫu lúa ............................................... 30
Bảng 3.2. Kết quả sàng lọc tìm kiếm các chủng vi khuẩn nội sinh lúa kháng Dz. ................... 31

Chuyên ngành Vi sinh vật học


Nguyễn Duy Tới – Cao học K27

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
ACC

Aminocyclopropane-1-carboxylate

ACN

Acetonitril

Bp

Base pair

BSA

Bovin serum albumin

CI

Chloroform-isoamyl alcohol

CFU

Colony Forming Unit (Đơn vị khuẩn lạc)

DGGE

Denaturing Gradient Gel Electrophoresis

DNA

Deoxyribonucleic acid

dNTP

Deoxyribonucleotide triphosphate

Dz

Dickeya zeae

EB

Endophytic Bacteria

EDTA

Ethylenediaminetetraacetic acid

FISH

Fluorescence in situ hybridization

IAA

Indole-3-acetic acid

ISR

Induced Systemic Resistance

MQ

Mili-Q

NMR

Nuclear Magnetic Resonance

OD

Optical Density

PCR

Polymerase Chain Reaction

rDNA

Ribosomal Deoxyribonucleic Acid

SDS

Sodium Dodecyl Sulfate

SEM

Scanning Electron Microscope

TAE

Tris-Acetic-EDTA (đệm)

Taq

Thermus aquaticus polymerase

TE

Tris-EDTA (Đệm)

TGGE

Temperature Gradient Gel Electrophoresis

Chuyên ngành Vi sinh vật học


Nguyễn Duy Tới – Cao học K27

TKT

Thực khuẩn thể

T-RFLP

Terminal restriction fragment length polymorphism

TTSS

Type three secretion system

VOC

Volatile organic compound (Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi)

VSV

Vi sinh vật

Chuyên ngành Vi sinh vật học


Nguyễn Duy Tới – Cao học K27

MỞ ĐẦU
Theo thống kê, sản lượng gạo trên toàn thế giới năm 2018 đạt 769.9 triệu tấn,
và là nguồn lương thực chính của thế giới [35]. Thiệt hại hàng năm do dịch bệnh
gây ra trên cây lúa ở các nước châu Á ước tính từ 24-41%, trong đó, bệnh bạc lá,
đạo ơn, đốm nâu gây tổn thất nghiêm trọng nhất [129]. Bệnh thối gốc/thân do vi
khuẩn Dickey zeae (tên trước kia là Erwinia chrysanthemi pv. zeae) gây ra được báo
cáo đầu tiên bởi Prasad (1930) với các biểu hiện như xuất hiện vết thối màu nâu
sậm gần gốc, bẹ lá ngả vàng, cháy khô, cây đổ gục...[76]. Sau đó, Dickeya zeae
được ghi nhận là nguyên nhân gây thối rễ trên cây lúa ở Nhật Bản, Trung quốc, Đài
Loan [51, 82, 117]. Ở Việt Nam, bệnh thối gốc lúa do Dickeya zeae gây ra được ghi
nhận đầu tiên ở Tiểu Cần, Trà Vinh và sau đó lan rộng ra nhiều tỉnh khác ở đồng
bằng sơng Cửu Long [1].
Sử dụng thuốc bảo vệ thực vật để kiểm sốt bệnh do vi sinh vật (VSV)/cơn
trùng gây ra là biện pháp được áp dụng ở nhiều khu vực canh tác nông nghiệp trên
thế giới. Lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật dẫn đến ảnh hưởng xấu cho môi trường,

chưa kể tới việc xuất hiện các VSV kháng thuốc làm giảm hiệu quả phịng chống
bệnh [164]. Kiểm sốt sinh học nhờ sử dụng các vi sinh vật đối kháng với mầm
bệnh là hướng đi được nhiều quốc gia quan tâm trong phát triển nông nghiệp bền
vững, giúp thay thế một phần thuốc bảo vệ thực vật [49]. Nhiều loài vi khuẩn như
Bacillus, Burkholderia, Lysobacter, Pantoea, Pseudomonas và Streptomyces đã
được nghiên cứu sử dụng để kiểm soát các tác nhân gây bệnh ở cây trồng [46].
Nhiều loài thuộc các chi nêu trên là vi khuẩn nội sinh thực vật, ngoài việc đóng vai
trị là các tác nhân kiểm sốt sinh học, chúng cịn đem lại nhiều lợi ích cho cây
trồng như tăng cường thu nạp dinh dưỡng và thúc đẩy tăng trưởng [9].
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu vi
khuẩn nội sinh ở cây lúa nhằm ứng dụng trong phòng trị bệnh thối rễ do Dickeya
zeae gây ra” để tìm ra các loài vi khuẩn nội sinh cũng như hoạt chất sinh học của
chúng đối kháng vi khuẩn gây bệnh Dickeya zeae nhằm ứng dụng trong nông
nghiệp hữu cơ.
1

Chuyên ngành Vi sinh vật học


Nguyễn Duy Tới – Cao học K27

Mục tiêu của đề tài
 Phân lập và tuyển chọn những chủng vi khuẩn nội sinh lúa có hoạt tính đối
kháng vi khuẩn Dickeya zeae gây bệnh thối thân/rễ lúa.
 Nghiên cứu, xác định hoạt chất kháng Dz của các chủng vi khuẩn nội sinh.
 Bước đầu thử nghiệm đánh giá hiệu quả của vi khuẩn nội sinh kháng Dz trên
cây lúa ở quy mơ phịng thí nghiệm.

2

Chun ngành Vi sinh vật học


Nguyễn Duy Tới – Cao học K27

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Vi khuẩn Dickeya zeae và bệnh thối thân rễ trên cây trồng
1.1.1. Lúa và vai trò của cây lúa trong đời sống
Lúa (Ozyra spp.) là loài thực vật một lá mầm, được trồng hàng năm. Gạo là
lương thực chính được tiêu thụ rộng rãi nhất đối với một bộ phận dân số thế giới
(65% dân số), đặc biệt là châu Á và châu Phi. Gạo là mặt hàng nơng nghiệp có sản
lượng cao thứ 3 thế giới (741,5 triệu tấn vào năm 2014), sau mía (1,9 tỉ tấn) và ngô
(1 tỷ tấn) [41].
Hiện nay, việc sản xuất lúa gạo diễn ra ở hơn 100 nước trên thế giới. Châu Á
là vùng sản xuất lúa gạo chính, chiếm đến 90% về sản lượng cũng như diện tích
trồng trọt. Việt Nam cũng là quốc gia có nghề lúa nước từ cổ xưa, với dân số 95
triệu dân và 100% dân số sử dụng lúa gạo làm lương thực chính, kim ngạch xuất
khẩu hàng năm đạt 6 triệu tấn. Điều đó cũng cho thấy nghề sản xuất lúa nước đóng
vai trị rất lớn trong nền kinh tế quốc dân. Tổng lượng gạo xuất khẩu 11 tháng đầu
năm 2020 đạt 5,74 triệu tấn, tương đương với giá trị 2,85 tỉ USD, giảm 2,2% về
khối lượng nhưng lại tăng 10,4% về giá trị so với cùng kỳ năm 2019 (Theo báo Lao
động ngày 17 tháng 12 năm 2020).
1.1.2. Đặc điểm phân loại của vi khuẩn Dickeya zeae
Chi Dickeya thuộc họ vi khuẩn Enterobacteriaceae bao gồm nhiều loài gây
bệnh trên cây trồng và động vật, như Pantoea, Brenneria, Enterobacter và
Pectobacterium [125]. Chi Dickeya zeae trước đây có tên gọi khác là Erwinia
chrysanthemi. Chi Erwinia gồm nhiều lồi gây bệnh trên thực vật, trong đó có các
lồi phân giải pectin như Erwinia carotovora, E. chrysanthemi, và các lồi khơng
phân giải pectin như E. amylovora [149]. Loài E. chrysanthemi được Burkholder và
cộng sự (1953) đặt tên và được biết đến là loài gây bệnh trên nhiều cây chủ thuộc

chi cúc (Chrysanthemum), cũng như nhiều loài thực vật khác thuộc nhóm một lá
mầm và hai lá mầm, đặc biệt là chuối, ngô, khoai tây và cà chua [20].

3

Chuyên ngành Vi sinh vật học


Nguyễn Duy Tới – Cao học K27

Theo công bố của Samson và cs. (2005), chi Dickeya gồm 6 loài tương ứng
với các đối tượng cây chủ khác nhau (Bảng 1.1)[125].
Bảng 1.1. Các loài Dickeya và các cây chủ của chúng
Tên mới

Tên đồng nghĩa (bao gồm biovar)

D. dianthicola

Erwinia chrysanthemi biovar 1,7 và 9

Chi cẩm chướng, khoai tây, cà

E. chrysanthemi pv. dianthicola

chua, rau diếp xoăn, bắp cải,

Pectobacterium

chrysanthemi

Cây chủ

pv. cây thược dược, cây lá bỏng.

dianthicola
D. dadatii

E. chrysanthemi biovar 3 (một vài Quỳ thiên trúc, dứa, khoai tây,
cẩm chướng, chi đại kích,

chủng)

P. chrysanthemi biovar 3 (một vài khoai lang, chuối, ngô, tử linh
chủng)
D. zeae

lan.

E. chrysanthemi biovar 8 và một số Ngô, khoai tây, dứa, chuối
chủng của biovar 3

thuốc lá, lúa, hòa thảo, chi hoa

P. chrysanthemi biovar 8 và một số cúc.
chủng của biovar 3
D.

chrysanthemi E. chrysanthemi biovar 5

bv. chrysanthemi

E. chrysanthemi pv. chrysanthemi

Chi hoa cúc, khoai tây, cà chua,
hướng dương, rau diếp xoăn.

P. chrysanthemi pv. chrysanthemi
D.

chrysanthemi E. chrysanthemi biovar 6

bv. parthenii

Họ cúc, bắp cải, họ ráy

E. chrysanthemi pv. parthenii
P. chrysanthemi pv. parthenii

D. paradisiaca

E. chrysanthemi biovar 4

Chuối, ngô, khoai tây

E. chrysanthemi pv. paradisiaca
E. paradisiaca
Brenneria paradisiaca
D. dieffenbachiae

E. chrysanthemi biovar 2

Vạn niên thanh, cà chua, chuối.

E. chrysanthemi pv. dieffenbachiae
P. chrysanthemi pv. dieffenbachiae

Sau này, một số loài mới được mô tả và bổ sung vào chi Dickeya như D.
solani, D. aquatica, D. fangzhongdai, D. lacustris, D. undicola, D. poaceiphila và
4

Chuyên ngành Vi sinh vật học


Nguyễn Duy Tới – Cao học K27

D. oryzae. Hiện tại, chi Dickeya bao gồm 12 loài với tên gọi được cơng nhận hợp lệ
( />Đặc điểm chung của các lồi thuộc chi Dickeya là Gram âm, di chuyển bằng
tiên mao (tế bào có từ 8 đến 11 tiên mao) [31]. Các lồi này khơng sinh bào tử, tế
bào trực khuẩn, trịn ở hai đầu, thường xuất hiện một mình hoặc theo đơi, kích
thước dao dộng từ 0,8 – 3,2  0,5 – 0,8 μm (trung bình 1,8  0,6 μm) tuỳ thuộc vào
nguồn carbon và điều kiện sinh trưởng [137]. Về đặc tính sinh lý, các lồi thuộc chi
Dickeya cũng có một số điểm chung như kỵ khí tùy tiện, catalase dương tính,
oxydase âm tính, sản sinh -galactosidase, khử nitrate, sinh H2S, lên men sinh axit
từ L(+)-arabinose, D(-)-ribose, L(+)-rhamnose, D(-)-lycerol, D-mannitol, Dsorbitol, esculin và salicin; không sinh urease hoặc axit từ adonitol [31].

Hình 1.1. Hình thái tế bào vi khuẩn D. zeae dưới kính hiển vi điện tử quét [76]

1.1.2 Phân bố trong tự nhiên và phương thức gây bệnh
1.1.2.1. Phân bố trong tự nhiên

Khả năng sống sót của Dickeya zeae trong tự nhiên là rất cao, chúng có thể
tồn tại đến 10 tuần trong phân của các loài gia súc, 140 ngày trong đất với độ ẩm
40%, 29 ngày trong đất không được khử trùng [11]. Trong môi trường nước D. zeae
có thể tồn tại với thời gian khác nhau, cụ thể là 7 ngày trong nước máy, 21 ngày
trong nước ao, 49 ngày trong đệm phosphate, hơn 154 ngày trong nước mưa [76].
Trong các mô thực vật, D. zeae có thể tồn tại đến 24, 15, 12 ngày ở nhiệt độ tương

5

Chuyên ngành Vi sinh vật học


Nguyễn Duy Tới – Cao học K27

ứng 10, 20, 30C [12]. Như vậy, thực vật chứa Dz là nguồn mầm bệnh dễ phát tán
trong tự nhiên [149].
Trước khi xâm nhập vào cây chủ, Dz có thể cư trú biểu sinh trên bề mặt lá
hoặc rễ. Nhiệt độ và độ ẩm thích hợp (35C và độ ẩm 70-90%) sẽ giúp Dz phát triển
và sản xuất đủ lượng enzyme pectinase để phá hủy thành tế bào thực vật [130].
Ngoài ra, một số yếu tố canh tác như bón nhiều đạm, sử dụng các nguồn nước ô
nhiễm, ứ đọng nước trong đất do mưa và tưới tiêu, vận chuyển nhanh chất dinh
dưỡng trong các hệ thống mạch của cây cũng tạo điều kiện thuận cho sự gây bệnh
của các loài Dickeya [149]. Trong điều kiện thuận lợi, Dz xâm nhập vào cây chủ
thông qua vết thương, hoặc lỗ hở tự nhiên, bắt đầu chu kì gây bệnh với 2 giai đoạn
chính, (i) tăng sinh từ từ và cư trú tiềm ẩn trong khoảng gian bào thực vật mà không
gây bất kỳ triệu chứng nào (nhờ khả năng trốn thoát hệ thống miễn dịch thực vật) và
sau đó là (ii) biểu hiện các yếu tố độc lực, đặc biệt là sản xuất lượng lớn pectate
lyase để phân hủy thành tế bào thực vật. Trong q trình phân giải mơ thực vật, Dz
tiếp tục thu nhận dinh dưỡng và tăng sinh, khiến cho quá trình lây nhiễm diễn ra
một cách nhanh chóng làm cho thực vật ít có thời gian phát triển các hệ thống

phịng vệ [60].
1.1.2.2. Hình thức gây bệnh trên thực vật
Tương tự như các loài Dickeya khác, Dz tạo ra một loạt các yếu tố độc lực
bao gồm các enzyme phân hủy thành tế bào, hệ thống bài tiết loại III (TTSS),
siderophores và sắc tố chàm giúp vi khuẩn xâm chiếm và gây hại cho cây [59].
Thành tế bào thực vật là hàng rào phòng thủ quan trọng chống lại các mầm
bệnh. Cấu trúc cơ bản của thành tế bào thực vật gồm các vi sợi cellulose gắn bên
trong mạng lưới pectin và hemicellulose. Các polysaccharide pectin chiếm 30-50 %
thành tế bào của thực vật hai lá mầm, đóng vai trị quan trọng trong tạo sự ổn định
của mô thực vật. Do đó, pectin là mục tiêu tấn cơng chính của nhiều mầm bệnh thực
vật [22]. Dickeya spp. tấn công thành tế bào thực vật bằng cách tiết ra các enzyme
phân hủy thành tế bào, đặc biệt là enzyme pectinase. Triệu chứng thối mềm
thân/gốc thực vật là do hoạt động tích lũy pectinase (đặc biệt là pectate lyases) phá

6

Chuyên ngành Vi sinh vật học


Nguyễn Duy Tới – Cao học K27

hủy pectin. Ngoài ra, nhiều enzyme khác như cellulase, xylanase và protease cũng
được vi khuẩn tiết ra để phá thành tế bào thực vật [38].
Trong tự nhiên, nhiều loài VSV sản sinh các siderophore để hịa tan sắt và
kiểm sốt nồng độ sắt trong tế bào [107]. Các vi khuẩn gây bệnh thực vật sản sinh
siderphore để hấp thu sắt từ nhiều loại chất nền hữu cơ của thực vật, góp phần quan
trọng vào tính độc lực của chúng [121]. Ví dụ Dickeya sp. sản sinh chrysobactin và
achomobactin là các siderphore cần thiết để gây nhiễm trùng toàn thân ở thực vật
[44]. Tuy nhiên, yếu tố quyết định độc lực chính của Dickeya sp. là các enzyme
phân hủy thành tế bào, giúp vi khuẩn xâm chiếm các khoảng gian bào và mô thực

vật [101].
Dickeya zeae có thể lây nhiễm trên cả thực vật một lá mầm và hai lá mầm
[63]. Vi khuẩn sinh tổng hợp phytotoxin zeamine, có khả năng ức chế sự nảy mầm
của hạt thóc và tăng trưởng của cây. Các protein độc tố được chuyển vào tế bào
thực vật thông qua hệ thống bài tiết tuýp III (TTSS), gây ức chế/phá hủy hệ thống
phòng thủ của vật chủ [21].
1.1.3. Bệnh thối thân/gốc do Dz và các biện pháp phòng trị
1.1.3.1. Phạm vi gây bệnh của Dz
Các loài thuộc chi Dickeya là nguyên nhân gây bệnh thối mềm gốc/thân trên
nhiều đối tượng cây chủ ở các vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới và ơn đới, gồm các lồi
cây lương thực, cây cảnh, cây hoang dã [113]. Dickeya zeae được công bố gây bệnh
trên nhiều loài thực vật, bao gồm 4 loại cây ký chủ hai lá mầm tự nhiên (khoai tây,
thuốc lá, cúc và trầu bà) và 6 loại cây ký chủ một lá mầm tự nhiên (lúa, ngơ, chuối,
dứa, lục bình, cỏ lơng tay), trong đó ngơ, lúa và chuối là ba loại cây trồng chịu thiệt
hại nặng nề nhất [125] (Hình 1.2). Ngồi ra, cịn có nhiều loại thực vật được báo
cáo là vật chủ nhân tạo của Dickeya zeae [59]. Bệnh thối gốc ngô được báo cáo ở
nhiều quốc gia như Mỹ, Brazil, Pháp, Ý, Senegal, Cuba, Ai Cập, Mexico, Ấn Độ,
Hàn Quốc, Iran, Nhật Bản, Trung Quốc và Thái Lan [59]. Trên cây chuối, tỷ lệ mắc
và mức độ nghiêm trọng của bệnh đã được tăng lên rất nhiều kể từ lần bùng phát ở
Quảng Châu, Trung Quốc năm 2009, sau đó, bệnh lan sang Quảng Đơng với tỷ lệ

7

Chuyên ngành Vi sinh vật học


Nguyễn Duy Tới – Cao học K27

mắc 20-70%, thậm chí là 90% ở một số vùng canh tác trong giai đoạn 2010-2012
[81, 168]. Chuối bị thối mềm do Dz cũng được báo cáo ở Bờ Biển Ngà, Jamaica,

Panama và Martinique, gây ra thiệt hại nặng nề về kinh tế [125].

Hình 1.2. Bệnh thối gốc do Dz trên cây lúa (A), ngô (B) và chuối (C) [25, 80, 103]

Bệnh thối gốc lúa do Dz có thể dẫn đến thiệt hại 90% về năng xuất gạo. Bệnh
này chủ yếu xảy ra ở miền nam Trung Quốc, làm giảm năng suất lúa đến 90% ở
Giang Tô năm 1980, bùng phát ở các tỉnh Phúc Kiến, Hồ Nam, Quý Châu và Sơn
Đông với tỷ lệ mắc bệnh từ 15-100% vào năm 2000 [59]. Bệnh thối gốc lúa còn
được phát hiện ở châu Âu và các nước Đông Nam Á [16, 51]. Ở Việt Nam, bệnh
được ghi nhận đầu tiên tại Tiểu Cần, Trà Vinh trong năm 2000, sau đó bệnh lan
nhanh ở nhiều tỉnh đồng bằng sông Cửu Long và gây thiệt hại về năng suất lúa [1].
Triệu chứng điển hình của bệnh thối gốc lúa do Dz là các vết đen xuất hiện ở
nhánh non giữa các bẹ, sau đó lan xuống các hạch, thân, và cuối cùng là gốc, rễ. Tại
các vị trí bị thối mềm có mùi hơi khó chịu. Ở giai đoạn phát triển mạnh mẽ, nhiều
cây đẻ nhánh đã thối rữa khắp vùng thân rễ, tồn bộ khóm lúa mắc bệnh dễ dàng bị
nhổ ra khỏi đất [117].
Nhóm các lồi Dickeya spp. có thể được xác định dựa trên so sánh trình tự
16S-23S ITS dài 171 bp khuyếch đại trong phản ứng PCR sử dụng cặp mồi đặc
trưng cho loài là LF/LR (LF 5’- TTCGTCTAGAGGCCCAGGAC-3’ và LR 5’TCAGCTTGTTCCGGATTGTT-3’)[79]. Nassar và cộng sự (1996) đã thiết kế cặp
mồi ADE-1, ADE-2 để nhân đoạn gen dài 420 bp của nhóm gen pelADE mã hóa
cho enzyme pectate lyase đặc hiệu đối với Dickeya spp. [105]. Xác đinh vị trí phân

8

Chuyên ngành Vi sinh vật học


Nguyễn Duy Tới – Cao học K27

loại đến mức độ lồi được thực hiện dựa trên so sánh trình tự đầy đủ 16S rDNA

[40].
1.1.3.2. Các biện pháp phòng trị bệnh
Bệnh thối gốc do vi khuẩn Dickeya spp. trước đây thường được kiểm soát
bằng các loại thuốc bảo vệ thực vật hóa học như dithane M-22, captan, flytolan,
ferbam, bitorithane, Blitox-50 W, chất tẩy trắng, tuy nhiên hiệu quả đạt được không
cao, nhưng lại gây ảnh hưởng tới môi trường [147]. Một số chất kháng sinh như
streptomycin, terramycin, streptocycline có hiệu quả ức chế đối với Dz, tuy nhiên
khó áp dụng trong thực tế [147].
Ứng dụng của các tác nhân sinh học như xạ khuẩn, vi khuẩn vùng rễ, vi
khuẩn nội sinh… để phòng trị bệnh thối gốc do Dz ngày càng được các nhà khoa
học quan tâm do tính an tồn và thân thiện với mơi trường. Một số lồi vi khuẩn
như Bacillus subtilis, Pseudomonas fluorescens và vi nấm Glomus fasciculatum đã
được cơng bố là có hoạt tính kháng Dz và được thử nghiệm ứng dụng để kiểm soát
bệnh thối gốc lúa đạt hiệu quả đáng chú ý [104].
Nhiều nghiên cứu gần đây cũng cho thấy việc kiểm soát mầm bệnh Dz bằng
vi khuẩn nội sinh cũng đem lại tác dụng. Trong nghiên cứu của mình, Jafra và cộng
sự đã phân lập được 35 chủng vi khuẩn nội sinh từ cây lục bình tạo ra hoạt chất đối
kháng Dz và cho hiệu quả trong điều kiện nhà lưới [66]. Ba chủng vi khuẩn nội sinh
Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas parafulva, Bacillus velezensis cũng cho
thấy tiềm năng cao trong việc kiểm soát bệnh thối mềm do Dz gây ra [78].
Ở Việt Nam, một số lồi vi sinh vật có hoạt tính kháng Dz đã được công bố
gần đây. Trần Vũ Phến và cs. (2015), Trần Hưng Minh và cs. (2016), đã tìm được
các chủng vi khuẩn thuộc chi Bacillus có khả năng ức chế Dz với đường kính phịng
ức chế từ 7,5 – 8 mm. Trong điều kiện nhà lưới, ứng dụng các chủng này để phòng
chống bệnh do Dz gây ra đã đạt hiệu quả > 60%, tương đương so với thuốc bảo vệ
thực vật hóa học Starner 20WP [1, 2].
Hướng nghiên cứu sử dụng các thực khuẩn thể (TKT) ký sinh và diệt tế bào
Dz cũng cho kết quả khả quan. Trần Hưng Minh và cộng sự (2016) đã phát hiện 35
9

Chuyên ngành Vi sinh vật học


Nguyễn Duy Tới – Cao học K27

dòng TKT ký sinh trên 14 chủng vi khuẩn Dickeya spp., trong đó 8 dòng TKT phân
bố ở ba tỉnh Cần Thơ, Kiên Giang và Sóc Trăng có phổ ký sinh rộng. Nghiên cứu
cũng chỉ ra rằng áp dụng dòng TKT ΦEchKG8b với đường kính vịng phân giải vi
khuẩn cao nhất ở điều kiện nhà lưới cho hiệu quả cao trong phòng trị bệnh thối gốc
lúa [1].
1.2. Vi khuẩn nội sinh thực vật (EB) và lợi ích đối với cây chủ
Vi khuẩn có khả năng xâm nhập vào bên trong các mô của thực vật mà
khơng gây hại cho cây cũng như khơng kích thích đến hệ thống đáp ứng miễn dịch
của cây được gọi là vi khuẩn nội sinh thực vật (Endophytic Bacteria, EB). EB có
mặt ở tất cả các lồi thực vật đã được phân tích (hơn 300.000 lồi trên trái đất)
[112]. Trong thực tế, thực vật khơng chứa vi khuẩn có lợi sẽ kém chống chịu các
mầm bệnh và các yếu tố gây căng thẳng từ môi trường, dẫn đến kém sinh trưởng
hoặc khó tồn tại trong tự nhiên [148].
1.2.1. Đa dạng EB và cây chủ
Vi khuẩn nội sinh thực vật (EB) là một hệ quần xã với sự đa dạng phong phú
về loài, mức độ đa dạng phụ thuộc vào từng loài cây chủ, cũng như tuổi/các giai
đoạn phát triển của cây, vị trí địa lý, kiểu gen, thậm chí là các mô khác nhau trên
cùng một cây [52].
Nghiên cứu đa dạng của hệ EB có thể được thực hiện thông qua cách tiếp
cận phân lập và nuôi cấy sử dụng các quy trình khử trùng bề mặt phù hợp [13, 32].
Theo cách tiếp cận này, EB thuộc các chi Bacillus, Burkholderia, Micrococcus,
Pantoea, Pseudomonas, Stenotrophomas thường chiếm ưu thế trong bộ chủng phân
lập được [24, 53].
Tuy nhiên, vi khuẩn có thể nuôi cấy thường chỉ chiếm dưới 1% số lượng vi
khuẩn nội sinh thực tế [7], nên các phương pháp đánh giá sự đa dạng thông qua

DNA, đặc biệt là gen 16S rRNA như điện di gel gradient biến tính (DGGE), diện di
gel gradient nhiệt độ (TGGE), đa hình độ dài đoạn giới hạn đầu cuối (T-RFLP), lai
huỳnh quang tại chỗ (FISH), metagenomics là những giải pháp hiệu quả hơn [8, 53,
88, 144].
10

Chuyên ngành Vi sinh vật học


Nguyễn Duy Tới – Cao học K27

Phương pháp metagenomics sử dụng kỹ thuật giải trình tự gen thế hệ mới
hiện đang được sử dụng rộng rãi để phân tích đa dạng hệ EB, cho phép đưa ra bức
tranh đa dạng một cách đầy đủ nhất [132]. Nhiều công bố đã chỉ ra rằng
Proteobacteria là nhóm chiếm ưu thế nhất trong hệ EB, trong đó các phân lớp α-, βvà đặc biệt là γ-Proteobacteria thường gặp hơn cả [97, 126]. Một số nhóm vi khuẩn
khác như Actinobacteria, Bacteroidetes và Fimicutes cũng chiếm số đông, sau
Proteobacteria, trong hệ EB [122].
1.2.2. Cơ chế xâm nhập và phân tán
EB hoặc là có sẵn bên trong cây chủ hoặc là xâm nhập từ môi trường vào
thông qua những phương thức khác nhau, như truyền dọc qua hạt giống, thụ tinh
hoặc truyền ngang từ môi trường đất, nước, khơng khí hoặc qua các vật trung gian
[18]. Di chuyển qua hệ mạch xylem là con đường chính của EB tới các mơ của cây
chủ (Hình 1.3), q trình này có thể mất vài tuần tùy từng loại cây [29]. Sự có mặt
của nhiều lồi EB trong biểu mô của hầu hết các bộ phận của cây là một minh
chứng cho việc EB xâm nhập vào hệ mạch xylem và đi đến toàn bộ cây [67].
Phương thức truyền dọc của EB thông qua hạt đã được chứng minh trên
nhiều loài thực vật bằng cách phân lập vi khuẩn từ hạt đã được khử trùng bề mặt,
như lúa, ngô, thuốc lá, cà phê, nho, bí ngơ cùng một số loài thực vật hoang dã khác
[28, 45, 55, 85, 95, 157]. Hơn thế, EB được tìm thấy ở các bộ phận khác nhau của
hạt như lớp áo, nội nhũ và các mơ phơi [98]. EB tìm thấy trong hạt thường thuộc về

các chi Bacillus và Pseudomonas, với tần suất thấp hơn có Paenibacillus,
Micrococcus, Staphylococcus, Pantoea và Acinetobacter [150]. Tuy nhiên, sự có
mặt của EB bên trong hạt khơng hồn tồn có nghĩa là chúng có nguồn gốc từ cây
bố mẹ và không phải tất cả các EB trong hạt đều tiếp tục có mặt trong cây con [42].
Phân tích hệ EB trong hạt giống và cây (ở ngô, lúa) bằng cơng cụ metagenome cho
thấy có nhiều điểm tương đồng trong thành phần loài [39, 84, 100].
Một con đường truyền dọc khác là thông qua mô phân sinh đỉnh chồi, bao
gồm các cơ quan trên mặt đất như thân, lá, hoa và các cơ quan sinh sản, theo đó, các
hạt đang phát triển có thể thu nhận được EB từ mơ phân sinh, đảm bảo truyền EB từ

11

Chuyên ngành Vi sinh vật học


Nguyễn Duy Tới – Cao học K27

cây mẹ sang cây con [116]. Ngồi truyền dọc qua hạt, EB cịn được truyền qua hạt
phấn bằng đường khí khổng hoặc nhờ các lồi cơn trùng hỗ trợ thụ phấn. Mật độ
EB ở phấn hoa khá cao 106-109/gam và có mức đa dạng cao [90].

Hình 1.3. Các con đường xâm nhập của EB vào cây táo [42]
(A) Truyền dọc qua hạt; (B) Khí quyển vào hạt; (C) Cơ quan sinh sản; (D) qua rễ; (E) qua khí
khổng vào lá; (F) Cơn trùng vào cây qua hút nhựa; (G) Truyền sang hoa qua thụ phấn.

Xâm nhập từ mơi trường bên ngồi vào cây là phương thức phổ biến nhất và
là nhân tố chính tạo nên sự đa dạng của hệ EB, các con đường chính là từ đất vào
rễ, hạt và từ khơng khí, nước thơng qua khí khổng [5]. Hệ sinh thái đất chứa quần
xã VSV vô cùng đa dạng, là nguồn gốc của nhiều lồi EB trong các mơ của thực vật
[152]. Mật độ tế bào vi khuẩn trong đất dao động từ 105 ̶ 107 CFU/g đất tươi, trong

khi đó mật độ tế bào vi khuẩn vùng rễ có thể đạt đến 107 ̶ 109 CFU/g [15]. Phương
thức xâm nhập phổ biến của EB là thông qua tế bào lông hút, các vết thương, vết
nứt trên rễ do quá trình phát triển của cây [139]. Nhiều loài EB xâm nhập vào cây
theo nhiều cách và ở các vị trí khác nhau [166]. Hình thức xâm nhập thụ động là khi
EB đi qua các vết nứt tại khu vực rễ đang phát triển, đầu rễ hoặc những vết thương,

12

Chuyên ngành Vi sinh vật học


Nguyễn Duy Tới – Cao học K27

nơi rò rỉ các chất chuyển hóa của thực vật [53, 56]. Sự xâm nhập chủ động của EB
được thực hiện nhờ sản sinh các enzyme phân hủy thành tế bào (pectinase,
cellulase), có hệ thống cảm ứng, có lơng roi và tiên mao giúp chuyển động giật
[143]. Khác với các tác nhân gây bệnh, EB sản sinh các enzyme ở nồng độ thấp
cũng như giữ mật độ tế bào thấp nhằm tránh kích hoạt hệ miễn dịch của cây chủ
[33, 170].
Sau khi xâm nhập vào cây qua rễ/lá, EB theo hệ mạch xylem di chuyển đến
các mô/cơ quan của cây nhờ lông roi [127]. EB di chuyển dọc theo các khoang gian
bào nhờ tiết ra các enzyme phân hủy thành tế bào như cellulase và pectinase [27].
Mật độ tế bào của quần thể EB trong thân và lá có thể đạt đến 103 - 104 CFU/g sinh
khối tươi thực vật trong điều kiện tự nhiên [27].
1.2.3. Vai trò của EB đối với cây chủ
Vi khuẩn nội sinh mang lại nhiều tác dụng có lợi đối với cây chủ, bao gồm
(i) trực tiếp hỗ trợ cây trong thu nhận chất dinh dưỡng, điều chỉnh phytohormone,
qua đó cải thiện sự tăng trưởng của cây trong điều kiện bình thường và khắc nghiệt;
hoặc (ii) gián tiếp hỗ trợ cải thiện sức khỏe cây chủ bằng sản sinh chất kháng khuẩn,
enzyme, cạnh tranh dinh dưỡng với mầm bệnh [88, 97].

1.2.3.1. Hỗ trợ trực tiếp
EB được chứng minh là có thể giúp cây gia tăng thu nạp chất dinh dưỡng cần
thiết từ đất, bao gồm nitơ, sắt, phosphor và kích thích sinh trưởng nhờ sản sinh các
phytohormone [47].
Cố định nitơ. Thực vật chứa khoảng 3-4% N trong sinh khối, cao hơn nhiều so với
các chất dinh dưỡng khác. Nitơ là thành phần chính của chất diệp lục, axit amin,
ATP, axit nucleic [17]. Nitơ cũng kích thích rễ phát triển, làm cho cây sinh trưởng
nhanh, tăng chất lượng quả, lá về hàm lượng protein. Nitơ cịn có vai trị kích thích
sự hấp thụ và sử dụng các chất dinh dưỡng khác như K, P, đồng thời kiểm soát sự
phát triển tổng thể của thực vật [17].

13

Chuyên ngành Vi sinh vật học


Nguyễn Duy Tới – Cao học K27

Trong môi trường đất nitơ tồn tại ở dạng là hợp chất hữu cơ (sinh khối) và
khoáng (NH4+ và NO3). Thực vật chỉ sử dụng nitơ ở dạng NH4+ và NO3, trong khi
đó phần lớn nitơ tồn tại ở dạng khí N2 trong khí quyển. Nhiều loài EB mang
enzyme nitrogenase xúc tác cho quá trình khử N2, tạo thành NH3 cung cấp cho cây
theo phương trình phản ứng sau [118]:

EB có khả năng cố định nitơ giúp cây trồng phát triển mạnh trong môi
trường thiếu N và tăng cường sức khỏe, thâm chí ở mức cao hơn là những vi sinh
vật cố định nitơ trong vùng rễ [61]. Các chủng nội sinh như Gluconacetobacter
diazotrophicus được tìm thấy bên trong cây mía và cây thơng cho thấy khả năng cố
định nitơ tốt [23]. Vi khuẩn nội sinh Paenibacillus sp. P22 cũng được tìm thấy bên
trong cây dương và được chứng minh là đóng góp vào tăng tổng lượng nitơ của cây

chủ [131].
Hòa tan phosphor. Phosphor (P) là một trong 6 chất dinh dưỡng đa lượng thiết yếu
(N, P, K, Ca, Mg và S) cần thiết cho thực vật. Thiếu hụt P dẫn đến cây bị (i) giảm
mạnh sự phát triển của rễ và chồi (chồi phát triển khẳng khiu, thẳng đứng, chồi bên
chết), (ii) rụng lá sớm (lá chuyển màu nâu/tím), và (iii) kém trổ bơng. Thực vật hấp
thu P dưới dạng phosphate (H2PO4) hịa tan trong đất thông qua rễ [155]. Tuy
nhiên, trong đất phosphor chủ yếu tồn tại ở dạng khơng hịa tan, do đó cây khơng sử
dụng được [34]. Phân phosphate (superphosphate) thường tạo phức với đất tới 75%
và hiệu quả đáp ứng phosphor cho cây không cao [34]. Vi sinh vật, trong đó có EB
có thể làm tăng lượng phosphate hịa tan cho cây trồng nhờ các cơ chế như tạo
phức, trao đổi ion và sản xuất axit hữu cơ [106]. Các VSV hịa tan phosphate có tên
gọi khác là vi khuẩn phân giải phosphate (Phosphate Solubilizing Bacteria, PSB).
PSB tiết ra enzyme phosphatase có tác dụng khống hóa phospho hữu cơ, qua đó
làm tăng nguồn P sử dụng được trong đất [154]. PBS sản xuất một số axit hữu cơ
như axit gluconic (GA), axit 2-ketogluconic, axit xitric và axit oxalic liên kết với
các ion dương mạnh như Fe, Al, Ca trong muối phosphate, qua đó chuyển phosphor
về dạng hịa tan [71]. Sản xuất axit hữu cơ đã được nghiên cứu ở nhiều loài EB như
14

Chuyên ngành Vi sinh vật học


Nguyễn Duy Tới – Cao học K27

sinh axit gluconic ở Burkholderia cepacia, Erwinia herbicola, Pseudomonas sp. và
Pseudomonas cepacia; tạo axit sulfuric và nitric ở các loài Thiobacillus và
Nitrosomonas [50]. Chủng nội sinh Bacillus subtilis CB8A sản xuất 6 loại axit hữu
cơ có khả năng hịa tan phosphor [96]. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng 59% EB có
khả năng hịa tan phosphate khoáng [5].
Sinh siderophore. Sắt là một nguyên tố quan trọng của sự sống, cần thiết cho hầu

hết các sinh vật. Sắt có trong nhiều protein kiểm sốt các q trình sinh lý quan
trọng ở thực vật, ví dụ như thốt hơi nước và hơ hấp [88]. Trong tự nhiên, sắt tồn tại
chủ yếu ở dạng Fe3+ khơng hịa tan như oxit, hydroxit, hay các muối cacbonat,
phosphate và không được sử dụng bởi thực vật. Một số loài EB có khả năng sinh
siderophore tạo phức với Fe3+ giúp thực vật tăng thu nhận sắt (thông qua sự phân
hủy chelat ở rễ hoặc sự trao đổi phối tử) [88]. Một số nghiên cứu cho thấy EB sản
sinh siderophore có lợi ích đáng kể với cây trồng như tăng sinh khối chồi và rễ (ở
ngơ), kích thích sinh trưởng (ở cà chua trong nuôi cấy thủy canh), tăng hàm lượng
diệp lục (ở cây đậu xanh) [92, 119, 134]. Trong môi trường bị ơ nhiễm kim loại
nặng, siderophore từ EB có tác dụng giảm ảnh hưởng của hàm lượng kim loại nặng
cao trong đất, qua đó tăng cường khả năng chống chịu của cây [19].
Sản sinh và điều hòa hàm lượng phytohormone. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng
EB có khả năng sản sinh các phytohormone điều hòa sinh trưởng giúp tăng cường
tích lũy và chuyển hóa chất dinh dưỡng, phản ứng với điều kiện mơi trường, qua đó
làm tăng mức sinh trưởng của cây [114, 136]. Mặt khác, trong điều kiện mơi trường
bất lợi, EB có thể giúp thực vật điều chỉnh phytohormone để giảm tác động tiêu cực
từ các tác nhân gây căng thẳng trong môi trường [47]. Các phytohormone được EB
sản sinh gồm có ethylene, axit indole-3-acetic (IAA) [47].
IAA là một auxin chính ở thực vật, có vai trị kiểm sốt nhiều q trình sinh
lý quan trọng, bao gồm (i) sự phân chia, kéo dài và biệt hóa tế bào thực vật; (ii) kích
thích sự nảy mầm của hạt và củ; (iii) kiểm sốt các q trình phát triển sinh dưỡng;
(iv) tăng số lượng xylem và sự phát triển của rễ, hình thành rễ bên và rễ bất
định…[140, 141]. Ngồi ra, IAA có thể kiểm sốt sự tổng hợp các phytohormone

15

Chuyên ngành Vi sinh vật học


Nguyễn Duy Tới – Cao học K27

khác như ethylene, axit gibberellic [160]. Nghiên cứu trên nhiều đối tượng cây
trồng như phong lan, đậu tương, dâu tây, cây dương, cây liễu… cho thấy hệ EB có
khả năng sản sinh IAA tốt, làm tăng diện tích bề mặt rễ, sản lượng rễ bên, cải thiện
sinh khối rễ [30, 75, 146, 151].
Ethylene là hormone thực vật quan trọng trong việc kiểm soát các phản ứng
của cây khi gặp điều kiện căng thẳng sinh học và phi sinh học ngồi mơi trường.
Ethylene ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của thực vật bằng cách thúc đẩy sự ra rễ, ức
chế sự kéo dài của rễ, kích thích nảy mầm của hạt, đẩy nhanh q trình quả chín,
hoa héo, sự rụng lá và sinh tổng hợp các hormone khác [4]. Tiền chất để sản xuất
ethylene ở thực vật là 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC), được oxy hóa
thành ethylene (Hình 1.4) [128]. EB tham gia vào việc điều hòa hàm lượng ethylene
nhờ có hoạt tính ACC deaminase, phân hủy ACC thành ammonia và α-ketobutyrate
(Hình 1.4) [108, 120, 169]. Quá trình phân hủy ACC diễn ra ở rễ cây, giúp làm
giảm sự căng thẳng của thực vật, đồng thời cung cấp thêm dinh dưỡng cho cây
[145].

Hình 1.4. Điều hịa phytohormone ở thực vật nhờ EB [128]

1.2.3.2. Hỗ trợ gián tiếp
EB có thể tăng cường sự sinh trưởng của cây chủ một cách gián tiếp nhờ ức
chế các tác nhân gây bệnh thông qua cạnh tranh về dinh dưỡng, sản sinh các hoạt
chất đối kháng như kháng sinh, độc tố, hợp chất hữu cơ kháng khuẩn [135]. EB

16

Chuyên ngành Vi sinh vật học